Forskere fanger kolliderende organiske nanopartikler på video for første gang

Et forskningshold fra Northwestern University er det første til at fange organiske nanopartikler på video, der kolliderer og smelter sammen. Dette hidtil usete syn på "kemi i bevægelse" vil hjælpe nordvestlige nanovidenskabsmænd med at udvikle nye metoder til levering af lægemidler samt demonstrere for forskere over hele kloden, hvordan en ny billedbehandlingsteknik åbner et nyt vindue til en meget lille verden.

Dette er et sjældent eksempel på partikler i bevægelse. Dynamikken minder om to bobler, der går sammen og smelter sammen til én:først går de sammen og har en membran imellem sig, men så smelter de sammen og bliver til en større boble.

"Jeg havde et billede i mit sind, men første gang jeg så disse smeltende nanopartikler i sort og hvid var fantastisk, " sagde professor Nathan C. Gianneschi, der ledede det tværfaglige studie og arbejder i krydsfeltet mellem nanoteknologi og biomedicin.

"Til mig, det er bogstaveligt talt et vindue, der åbner op til denne verden, du altid har vidst var der, men nu har du endelig fået et billede af det. Jeg sammenligner det med første gang, jeg så Jupiters måner gennem et teleskop. Intet kan sammenlignes med rent faktisk at se, " han sagde.

Gianneschi er Jacob og Rosaline Cohn-professor i afdelingen for kemi på Weinberg College of Arts and Sciences og i afdelingerne for materialevidenskab og teknik og for biomedicinsk teknik på McCormick School of Engineering.

Studiet, som inkluderer videoer af forskellige nanopartikelfusionshændelser, udkommer 17. november af den Journal of the American Chemical Society .

Forskerholdet brugte væskecelletransmissionselektronmikroskopi til direkte at afbilde, hvordan polymerbaserede nanopartikler, eller miceller, at Gianneschis laboratorium udvikler sig til behandling af kræft og hjerteanfald ændrer sig over tid. Den kraftfulde nye teknik gjorde det muligt for forskerne direkte at observere partiklernes transformation og karakterisere deres dynamik.

"Vi kan se på molekylært niveau, hvordan det polymere stof omarrangeres, når partiklerne smelter sammen til et objekt, " sagde Lucas R. Forælder, første forfatter af papiret og en National Institutes of Health Postdoc Fellow i Gianneschis forskningsgruppe. "Dette er den første undersøgelse af mange, der kommer, hvor forskere vil bruge denne metode til at se på alle slags dynamiske fænomener i organiske materialesystemer på nanoskalaen."

I Northwestern-undersøgelsen, organiske partikler i vand preller af hinanden, og nogle støder sammen og smelter sammen, gennemgår en fysisk transformation. Forskerne fanger handlingen ved at lade en elektronstråle skinne gennem prøven. De bittesmå partikler - de største er kun cirka 200 nanometer i diameter - kaster skygger, der fanges direkte af et kamera nedenfor.

"Vi har observeret klassisk fusionsadfærd på nanoskalaen, " sagde Gianneschi, medlem af Northwesterns International Institute for Nanotechnology. "At fange de grundlæggende vækst- og evolutionsprocesser for disse partikler i bevægelse vil hjælpe os enormt i vores arbejde med syntetiske materialer og deres interaktioner med biologiske systemer."

Artiklen har titlen "Directly Observing Micelle Fusion and Growth in Solution by Liquid-Cell Transmission Electron Microscopy."